2024-9-19，星期四，7:13，天气：多云，心情：晴。放假倒计时8天，去上班啦！
今天开始了第14章数据转换的学习(第十三章通信系统暂时略过)，后面这几章的学习速度明显加快了，是因为教材中这几章仅仅做一个简单的介绍，如果要学的话这几章每章都是一本书，所以现在只作了解，主要学习内容包括：模拟开关(类型+多路复用)+采样保持放大器(基本电路+跟踪过程+性能指标)+数字/模拟信号。
一、数据转换
自然界中大多数事物基本上都是以模拟形式出现的，如声音、压力和速度的变化等，这些模拟量首先经过模拟电路感知和测量，然后通常会转换成上数字模式，以便在计算机上存储、处理或显示；此外，在一些应用中，以数字形式存在的信息必须转化为模拟形式，比如存储在CD中的数字音乐，在听到声音前，数字信息需要转换成原始的模拟形式。数据的转换电路则是使模拟和数字系统之间的连接称为可能。
1. 模拟开关
在一些需要用电来控制信号通断的电子系统中，模拟开关非常重要，模拟开关的主要应用包括信号选择、路径选择以及信号处理，一般使用MOSFET作为基本开关元件。
（1）模拟开关类型：以功能原理分，模拟开关可以分为三种基本类型：
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单刀单置(SPST)模拟开关：
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单刀双置(SPDT)模拟开关
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双刀单置(DPST)模拟开关
从上述图片可以看出，模拟开关包括一个控制单元和一条或多条输入输出通路(MOSFET作为开关)，这些通路称为开关通道。
（2）多通道模拟开关：在数据采集系统中，当来自不同信号源的输入必须独立转换为数字形式处理时，就需要使用多路复用技术。在如下图所示的四通道系统中，每个模拟输入源占用一路独立的模拟开关。在此类应用中，所有模拟开关的输出连接在一起形成公共输出，在给定的时间内，只有一个开关是闭合的，如下图所示，公共开关输出连接到一个电压跟随器的输入端上。
下图为一个常用多路复用器(AD9300)的内部结构，该器件包括四个由通路解码器控制的模拟开关。A0和A1的输入决定4个开关中哪个处于导通状态：当A0A1内部均为低电平时(00)，输入IN1被选择导通；当A0内部为高电平，A1内部为低电平时(01)，输入IN2被选择导通；当A0内部为低电平A1内部为高电平时(10)，输入IN3被选择导通；当A0A1内部均为高电平时(11)，输入IN4被选择导通。使能输入信号控制开关与输出连接或断开，当芯片未启动时，输出为高电阻，允许多个设备连接在一起。
2. 采样保持放大器
采样保持放大器在某个时刻对模拟输入电压进行采样，在获得采样后，将采样电压保持一段时间，采样-保持过程将已采样的模拟电压在一段必要时间长度内保持恒定，以便让模-数转换器(AD)将模拟电压转换为数字形式。
（1）基本采样保持电路：一个基本采样保持电路包括一个模拟开关，一个电容以及输入输出缓冲放大器，如下图所示，模拟开关通过输入缓冲放大器对模拟输入电压进行采样，电容存储(保持)采样电压一段时间，输出缓冲放大器提供一个高输入阻抗来防止电容快速放电。
如下图所示，一个脉宽较小的控制电压脉冲使模拟开关闭合，并使电容持续充电以达到输入电压，然后开关断开，输出缓冲放大器的高输入阻抗会使电容在一段较长的时间内保持电压不变。综上所述，采样保持电路就是将瞬时模拟输入电压转换成直流电压。
（2）采样期间的跟踪过程：采样保持电路也可称为采样-跟踪-保持电路，因为事实上该电路在采样期间跟踪输入电压，如下图所示，当控制电压为高电平时，输出电压跟随输入电压，当控制电压变为低电平时，输出保持最后的电压不变，直到下一次采样开始。
（3）性能指标：除运算放大器的各项指标外，采样保持电路还有一些特殊的指标。
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孔径时间：控制电压从采样电平转为保持电平后，模拟开关完全打开所需要的时间——孔径时间会在有效采样点处产生一定的延时。
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孔径抖动：孔径时间的不确定性。
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采集时间：当控制电压从保持电平转到采样点评时，期间达到最终值所需要的时间。
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跌落：在保持期间，由于电容漏电而产生的采样值中电压的变化。
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馈送：模拟开关打开后，输出电压中跟随输入信号变化的部分。从开关的输入到输出中存在的内在电容会导致馈送的产生。
3. 模拟和数字接口
模拟量也成为真实量，因为自然界中大多数物理量都是模拟量，模拟量转数字形式用于处理和控制。
（1）数字信号和模拟信号：模拟值得是在给定范围内具有一组连续值得量，而数字量为离散值(有限个点)，在自然界中，几乎所有可以测量被测量的量都是模拟量。下面以一个0~15V的电压值为例，这个量的模拟值表示会取0~15V之间的所有值(一条连续线上有无数个点)，其中会有无穷多个数据。在数字量中，如果只能使用4位二进制码(4个0或1的组合)，那么他的取值只有16个(24)，如果需要表示0~15V内的更多的值，那么只能增加二进制码的位数，所以模拟量有很高的精度，但是数字量在某范围内任意多但有限的点，如下图所示，模拟量在0~15V范围内是平滑变化的连续曲线，但如果用四位二进制码表示，则每个离散值只表示一个点：
上图中模拟量曲线的近似能够通过已获得的数字量序列来重构，但在重构过程中，难免会有误差，如下图所示：
